プロテオミクスをベースにした化学シグナル解析技術開発

2019 年度 実績報告書

• 研究領域: 化学コミュニケーションのフロンティア
• 研究課題/領域番号: 17H06412
• 研究機関: 国立研究開発法人理化学研究所
• 研究代表者: 長田 裕之 国立研究開発法人理化学研究所, 環境資源科学研究センター, グループディレクター (80160836)
• 研究期間 (年度): 2017-06-30 – 2022-03-31
• キーワード: プロテオミクス / 生理活性物質 / 標的同定

研究実績の概要

ChemProteoBaseの拡充化・高度化、並びに、改変CETSAの開発：昨年度に引き続きChemProteoBaseのデータベース拡充を行った。改変CETSA（2DE-CETSA）の開発については、コントロールとしてHSP90阻害剤ゲルダナマイシンを用いて検討したところ、標的タンパク質として知られているHSP90並びにGRP98が検出された。さらに、大腸がん株化細胞の増殖阻害を指標としたスクリーニングで見出された化合物 NPD10084について解析したところ、標的タンパク質としてピルビン酸キナーゼM2（PKM2）が同定され、本解析法が化合物の標的分子網羅的解析法として有効であることが示された。また、がん関連線維芽細胞（CAF）の遊走を阻害する化合物の探索から得られたNPD8733について、光親和型固定化法を用いた化合物ビーズによる結合タンパク質の解析を行った結果、valosin-containing protein (VCP)/p97が同定され、NPD8733がVCPを介してCAFの遊走を阻害することが示唆された。
有用生物活性リガンドの開発：2DE-CETSA で標的がPKM2であると同定された化合物NPD10084はPKM2のピルビン酸キナーゼ活性は阻害しなかったが、PKM2とβ-cateninあるいはSTAT3の結合を阻害することによって、増殖シグナルの下流にあるc-Myc、Cyclin D1の発現やリン酸化を阻害することによって、がんの増殖を阻害することが示唆された。
2DE-CETSAの構築ならびにNPD10084の解析はCell Chem Biol （Nagasawa I, 27: 186-196, 2020）に、NPD8733の解析についてはJ Biol Chem （Suvarna K, 294:2988-2996, 2019）に掲載された。

現在までの達成度 (区分)

1: 当初の計画以上に進展している

理由

作用標的の明らかな既知物質を用いたChemProteoBaseのデータベースの拡張やシステムの開発は順調に進んでおり、様々な標的に対応する可能性を高めている。これらの解析系を用いて生理活性物質を解析することによって、共同研究を含む幾つかの成果に結びついた(Li J, J Cell Mol Med, 23:6283-6294, 2019, Suvarna K, J Biol Chem, 294:2988-2996, 2019)。また、この時点で2-D DIGEを利用した新しい解析系2DE-CETSAの構築ができたことは、予想以上に計画が進んでいることを示している。さらに、解析系の最適化を進め、今までのChemProteoBaseと組み合わせることによって、より多様な標的に対応した解析が可能となることが期待される。

今後の研究の推進方策

１）引き続きChemProteoBaseの拡張のための既知化合物の解析を行うほか、スポットの同定情報を考慮した解析法を改良することによって、迅速でより情報量の多い結果を返すシステムの構築を行う。
２）構築された2DE-CETSAの解析系については、さらに良い解析系にしていくために系の最適化を行なっていく。新規化合物の解析に応用することによって、化合物の標的タンパク質を明らかにすることを通して、解析系の有用性を示す。
３）有用生物活性リガンドの開発のために、化合物アレイによる標的ベース探索・細胞表現型に基づくセルベース探索を行い、そこで得られた化合物について、ChemProteoBase解析や2DE-CETSAの解析系を適用し、解析系の有用性を示すほか、新規化合物の標的を解析する。領域内の、慶応大学・榊原教授、理研・Dr. Boone、順天堂大学・井本教授らと共同研究を進めているが、さらに、プロジェクト内の新規化合物の解析を行うことによって、プロジェクトに貢献する。

研究成果

• [国際共同研究] マックス・プランク研究所/ザールランド大学(ドイツ)
  • 国名: ドイツ
  • 外国機関名: マックス・プランク研究所/ザールランド大学
• [国際共同研究] 韓国生命工学研院(KRIBB)(韓国)
  • 国名: 韓国
  • 外国機関名: 韓国生命工学研院(KRIBB)
• [国際共同研究] 浙江大学/曁南大学(中国)
  • 国名: 中国
  • 外国機関名: 浙江大学/曁南大学
• [国際共同研究] マレーシア科学大学(USM)(マレーシア)
  • 国名: マレーシア
  • 外国機関名: マレーシア科学大学(USM)
• [雑誌論文] Biosynthetic gene cluster identification and biological activity of lucilactaene from Fusarium sp. RK97-94. (2020)
  • 著者名/発表者名: Kato S, Motoyama T, Futamura Y, Uramoto M, Nogawa T, Hayashi T, Hirota H, Tanaka A, Takahashi-Ando N, Kamakura T, Osada H.
  • 雑誌名: Biosci Biotechnol Biochem 巻: 84 ページ: 1303-1307
  • DOI: 10.1080/09168451.2020.1725419
  • 査読あり
• [雑誌論文] Productivity and bioactivity of enokipodins A-D of Flammulina rossica and Flammulina velutipes. (2020)
  • 著者名/発表者名: Tabuchi A, Fukushima-Sakuno E, Osaki-Oka K, Futamura Y, Motoyama T, Osada H, Ishikawa NK, Nagasawa E, Tokimoto K.
  • 雑誌名: Biosci Biotechnol Biochem 巻: 84 ページ: 876-886
  • DOI: 10.1080/09168451.2020.1714421
  • 査読あり
• [雑誌論文] CRM646-A, a fungal metabolite, induces nucleus condensation by increasing Ca2+ levels in rat 3Y1 fibroblast cells. (2020)
  • 著者名/発表者名: Asami Y, Kim SO, Jang JP, Ko SK, Kim BY, Osada H, Jang JH, Ahn JS.
  • 雑誌名: J Microbiol Biotechnol 巻: 30 ページ: 31-37
  • DOI: 10.4014/jmb.1908.08043
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Measurement of ATPase activity of valosin-containing protein/p97. (2020)
  • 著者名/発表者名: Suvarna K, Honda K, Muroi M, Kondoh Y, Osada H, Watanabe N.
  • 雑誌名: Bio-protocol 巻: 10 ページ: e3516
  • DOI: 10.21769/BioProtoc.3516
  • 査読あり
• [雑誌論文] Identification of target protein for bio-active small molecule using photo-cross linked beads and MALDI-TOF mass spectrometry. (2020)
  • 著者名/発表者名: Suvarna K, Honda K, Muroi M, Kondoh Y, Watanabe N, Osada H.
  • 雑誌名: Bio-protocol 巻: 10 ページ: e3517
  • DOI: 10.21769/BioProtoc.3517
  • 査読あり
• [雑誌論文] Identification of a small compound targeting PKM2-regulated signaling using 2D gel electrophoresis-based proteome-wide CETSA. (2020)
  • 著者名/発表者名: Nagasawa I, Muroi M, Kawatani M, Ohishi T, Ohba SI, Kawada M, Osada H.
  • 雑誌名: Cell Chem Biol 巻: 27 ページ: 186-196.e4
  • DOI: 10.1016/j.chembiol.2019.11.010
  • 査読あり
• [雑誌論文] Alteration of tooth movement by reveromycin A in osteoprotegerin-deficient mice. (2020)
  • 著者名/発表者名: Minamoto C, Miyazawa K, Tabuchi M, Hirano M, Mizuno M, Yoshizako M, Torii Y, Asano Y, Sato T, Kawatani M, Osada H, Maeda H, Goto S.
  • 雑誌名: Am J Orthod Dentofacial Orthop 巻: 157 ページ: 680-689
  • DOI: 10.1016/j.ajodo.2019.04.037
  • 査読あり
• [雑誌論文] ゲノム創薬の潮流 (2020)
  • 著者名/発表者名: 長田 裕之
  • 雑誌名: 腫瘍内科 巻: 25 ページ: 2-8
• [雑誌論文] An integrated screening system for the selection of exemplary substrates for natural and engineered cytochrome P450s. (2019)
  • 著者名/発表者名: Kanoh N, Kawamata-Asano A, Suzuki K, Takahashi Y, Miyazawa T, Nakamura T, Moriya T, Hirano H, Osada H, Iwabuchi Y, Takahashi S.
  • 雑誌名: Sci Rep 巻: 9 ページ: 18023
  • DOI: 10.1038/s41598-019-54473-8
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Comparison of microplate- and bottle-based methods to age yeast for chronological life span assays. (2019)
  • 著者名/発表者名: Kwong MMY, Lee JW, Samian MR, Watanabe N, Osada H, Ong EBB.
  • 雑誌名: J Microbiol Methods 巻: 167 ページ: 105743
  • DOI: 10.1016/j.mimet.2019.105743
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] YO-001A, a new antifungal agent produced by Streptomyces sp. YO15-A001. (2019)
  • 著者名/発表者名: Yamamoto K, Futamura Y, Uson-Lopez RA, Aono H, Shimizu T, Osada H.
  • 雑誌名: J Antibiot 巻: 72 ページ: 986-990
  • DOI: 10.1038/s41429-019-0239-z
  • 査読あり
• [雑誌論文] Nocardamin glucuronide, a new member of the ferrioxamine siderophores isolated from the ascamycin-producing strain Streptomyces sp. 80H647. (2019)
  • 著者名/発表者名: Lopez JAV, Nogawa T, Futamura Y, Shimizu T, Osada H.
  • 雑誌名: J Antibiot 巻: 72 ページ: 991-995
  • DOI: 10.1038/s41429-019-0217-5
  • 査読あり
• [雑誌論文] Structure and biological activity of Metarhizin C, a stereoisomer of BR-050 from Tolypocladium album RK17-F0007. (2019)
  • 著者名/発表者名: Nogawa T, Kawatani M, Okano A, Futamura Y, Aono H, Shimizu T, Kato N, Kikuchi H, Osada H.
  • 雑誌名: J Antibiot 巻: 72 ページ: 996-1000
  • DOI: 10.1038/s41429-019-0229-1
  • 査読あり
• [雑誌論文] 2-Sulfonylpyrimidines target the kinesin HSET via cysteine alkylation. (2019)
  • 著者名/発表者名: Forster T, Shang E, Shimizu K, Sanada E, Scholermann B, Huebecker B, Hahne G, Lopez-Alberca MP, Janning P, Watanabe N, Sievers S, Giordanetto F, Shimizu T, Ziegler S, Osada H, Waldmann H.
  • 雑誌名: Eur J Org Chem 巻: 2019 ページ: 5486-5496
  • DOI: 10.1002/ejoc.201900586
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Stereocomplementary chemoenzymatic Pictet-Spengler reactions for formation of rare azepino-indole frameworks: Discovery of antimalarial compounds. (2019)
  • 著者名/発表者名: Cai Y, Shao N, Xie H, Futamura Y, Panjikar S, Liu H, Zhu H, Osada H, Zou H.
  • 雑誌名: ACS Catal 巻: 9 ページ: 7443-7448
  • DOI: 10.1021/acscatal.9b01628
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Abscisic acid derivatives with different alkyl chain lengths activate distinct abscisic acid receptor subfamilies. (2019)
  • 著者名/発表者名: Yoshida K, Kondoh Y, Iwahashi F, Nakano T, Honda K, Nagano E, Osada H.
  • 雑誌名: ACS Chem Biol 巻: 14 ページ: 1964-1971
  • DOI: 10.1021/acschembio.9b00453 ]
  • 査読あり
• [雑誌論文] Mechanism of action of prethioviridamide, an anticancer ribosomally synthesized and post-translationally modified peptide with a polythioamide structure. (2019)
  • 著者名/発表者名: Takase S, Kurokawa R, Kondoh Y, Honda K, Suzuki T, Kawahara T, Ikeda H, Dohmae N, Osada H, Shin-Ya K, Kushiro T, Yoshida M, Matsumoto K.
  • 雑誌名: ACS Chem Biol 巻: 14 ページ: 1819-1828
  • DOI: 10.1021/acschembio.9b00410
  • 査読あり
• [雑誌論文] Cucurbitacin B induces neurogenesis in PC12 cells and protects memory in APP/PS1 mice. (2019)
  • 著者名/発表者名: Li J, Sun K, Muroi M, Gao L, Chang YT, Osada H, Xiang L, Qi J.
  • 雑誌名: J Cell Mol Med 巻: 23 ページ: 6283-6294
  • DOI: 10.1111/jcmm.14514
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Identification of a chemical modulator of EZH2-mediated silencing by cell-based high-throughput screening assay. (2019)
  • 著者名/発表者名: Murashima A, Shinjo K, Katsushima K, Onuki T, Kondoh Y, Osada H, Kagaya N, Shinya K, Kimura H, Yoshida M, Murakami S, Kondo Y.
  • 雑誌名: J Biochem 巻: 166 ページ: 41-50
  • DOI: 10.1093/jb/mvz007
  • 査読あり
• [雑誌論文] Structure characterization and action mechanism of an antiaging new compound from Gastrodia elata Blume. (2019)
  • 著者名/発表者名: Farooq U, Pan Y, Lin Y, Wang Y, Osada H, Xiang L, Qi J.
  • 雑誌名: Oxid Med Cell Longev 巻: 2019 ページ: 5459862
  • DOI: 10.1155/2019/5459862
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] β-carboline biomediators induce reveromycin production in Streptomyces sp. SN-593. (2019)
  • 著者名/発表者名: Panthee S, Takahashi S, Hayashi T, Shimizu T, Osada H.
  • 雑誌名: Sci Rep 巻: 9 ページ: 5802
  • DOI: 10.1038/s41598-019-42268-w
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Discovery and applications of nucleoside antibiotics beyond polyoxin. (2019)
  • 著者名/発表者名: Osada H.
  • 雑誌名: J Antibiot 巻: 72 ページ: 853-854
  • DOI: 10.1038/s41429-019-0237-1
• [学会発表] Target identification of NPD10084, a novel inhibitor of cancer metabolism. (2020)
  • 著者名/発表者名: Osada, H.
  • 学会等名: Symposium on Convergent technologies for biomedical impact.
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Screening of new antifungal antibiotics using artificial intelligence. (2019)
  • 著者名/発表者名: Osada, H.
  • 学会等名: 日中分野別ハイレベル研究者交流会2019：医薬・健康領域
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Target identification of small molecule compounds. (2019)
  • 著者名/発表者名: Osada, H
  • 学会等名: 浙江大学薬学院明徳弘薬セミナー
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Morphology-based screening of antitumor and antifungal compounds. (2019)
  • 著者名/発表者名: Osada, H.
  • 学会等名: 8th Annual Conference ICBS-2019
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Biosynthesis of tenuazonic acid in Pyricularia oryzae. (2019)
  • 著者名/発表者名: Osada, H
  • 学会等名: The Cold Spring Harbor Asia conference on Chemical Biology and Drug Discovery.
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Screening of new antifungal compounds based on morphological change of fungi. (2019)
  • 著者名/発表者名: Osada, H
  • 学会等名: The 2nd International Symposium on Natural Resources-based Drug Development.
  • 国際学会 / 招待講演
• [図書] 医薬品開発におけるオミクス解析技術 ～ゲノム・トランスクリプトーム・プロテオーム・メタボローム～ (2020)
  • 著者名/発表者名: 鎌田 真由美, 奥野 恭史, 山田 弘, 森田 英利, 田丸 浩, 伊藤 昌可, 林崎 良英, 飯塚 朋代, 小林 巧, 池尾 一穂, 中岡 慎治, 松田 史生, 室井 誠, 小川 直子, 長田 裕之, 三浦 信明, 杉本 昌弘, 中山 泰宗, 三枝 淳, 松本 光晴, 久保田 浩行, 金井 弥栄, 津田 昇, 鈴木 孝昌
  • 総ページ数: 181
  • 出版者: 情報機構
  • ISBN: 978-4-86502-184-4
• [図書] Systems Chemical Biology, Methods and Protocols, Methods in Molecular Biology (2019)
  • 著者名/発表者名: Slava Ziegler and Herbert Waldmann
  • 総ページ数: 315
  • 出版者: Springer
• [備考] 理化学研究所 環境資源科学研究センター ケミカルバイオロジーグループ
  • URL: http://www.cbrg.riken.jp/csrs/ja/